[发明专利]聚光光伏系统及其聚光方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于用于截取和聚光入射太阳光线的光束的聚光器装置的聚光光伏(photovoltaic)系统；本发明还涉及基于用于截取和聚光入射太阳光线的光束的聚光器装置在光伏电池上聚光太阳能的方法。 

背景技术

如公知的，光伏系统包括一定数量的光伏电池，所述光伏电池允许接收太阳光线并将其变换为供最终使用的能量，例如电能。 

最常见的光伏系统是所谓的“平板”光伏系统，其中所产生的电能的量与所使用的光伏电池的表面面积成比例；由于该原因，这些电池实际上覆盖了暴露在太阳的光线下的面板的全部表面，这些表面必须具有大的尺寸，以便以有效率的方式产生一定量的可使用的能量。 

这些系统的严重的缺点在于代表面板的整体成本的大部分的光伏电池的成本。因此，减小成本的可能性几乎完全取决于光伏电池的成本的减小。 

该部分(不是一个新的部分)的研究可产生有限的提高，并且仅以主要在电池技术方面的巨大的投资为代价。 

光伏系统的演进在于所谓的“聚光”光伏系统，所述“聚光”光伏系统使用截取太阳的光线并将其聚光在光伏电池上的聚光器装置，所述光伏电池具有与聚光器装置的聚光因子成反比例的尺寸。 

聚光光伏系统确保远超过传统平板光伏系统的性能，减小电池的比例成本，并形成了为改进和更多的扩展研究留有空间的年轻的技术。 

然而，面临的问题是聚光也导致电池的温度升高至危险水平，所以几乎一直在构思适合的散热器。 

温度的升高是由于导致电子移动(电力)的光子(太阳光)的量不高(低效率)的事实，因此许多研究都集中在用于提高光子-电子“转换”的解决方案上。 

对于该问题的一种解决方案构思了使用多接合电池(multi-jointcell)，即一种类型的多层光伏电池，其以显著的方式有效地增加电池的整体效率，并允许降低温度。然而，这些电池是使用例如锗的昂贵和稀有的材料生产的，并且该技术有些复杂，所以该方案不容易被实现。 

出版物“Toward 40％ and higher solar cells in a NewCassegrainian PV module”中示出了该方案的例子，所述出版物公开了使用卡赛格伦镜配置的具有多层结合(multijunction)(MJ)电池的聚光光伏模块，其使用二色双曲线副镜分割太阳的光谱，聚光通过反射执行。 

于2006年10月19日公布的Giuliano Martinelli等人的专利申请WO 2006/108806描述了一种系统，该系统构思通过两个或更多同轴反射盘将太阳能分为两个或更多频带(二色的、三色的和更常见的多色系统)，所述同轴反射盘中的第一个反射具有特定光谱组成的太阳辐射，并允许剩余部分的辐射向其它盘传递。 

在两个盘的情况下，这些盘的每一个将相应能量的部分向不与其它盘的焦点重合的其自己的焦点反射。然后，射入的太阳能被分割为两个光束，所述两个光束具有不同光谱组成和等于总入射能量的一部分的能量含量，即使与每个光束相关联的能量的总和明显地对应于分割之前的能量。 

该分割有两个效果： 

●减小了对于相同聚光因子的每个电池的能量负载； 

●导致光子/电子转换过程中的较高效率。 

整体的结果是：被转换为电能的太阳能的量更高，并且每个电池中产生的热被显著地减小。 

尽管所引用的专利申请中所描述的系统形成了在散热方面的改进，其还具有下述缺陷： 

●抛物面反射器具有与抛物面的数学面积大大不同的整体几何形状，并且这导致了构造性质的问题，使得难以大量生产。 

●抛物面盘的整个表面必须在其中包括用于所需频带的通带滤波器功能以及非通带反射功能； 

●由于非常大的尺寸，不能容易地使用例如塑料注塑技术的低成本技术； 

●电池排列在抛物面盘的焦点处，该抛物面盘具有凸出超过所述盘并且在本质上非常脆弱的臂； 

●难以在大型设备中如可以想象的使用自动系统来执行必须周期性地进行以确保系统的最佳效率的盘的清洁； 

●总体来讲，整个系统具有复杂的功能，并且操作起来很复杂。这些缺陷使得所提出的系统难以大规模地应用。 

美国专利4,158,356中也公开了一种二色系统，其中太阳能收集器跟踪太阳在太阳和地球之间的相对位置的变化；反射凹面提供转换器处的聚光的太阳辐射，所述反射凹面在其曲面上包括二色薄膜外涂层作为UV-Vis辐射的反射器。 

下述文献中也公开了本发明的背景技术：